一种具有预测功能的抗积分饱和PI速度控制器

在交流调速系统中,当给定大阶跃时,传统PI控制器由于积分饱和原因无法使系统在实现响应快速性的同时满足小超调甚至无超调.为解决该问题,研究了PI控制器和PD控制器,提出一种具有预测功能的抗积分饱和PI速度控制策略.该策略利用PD预测功能,根据其输出值的符号控制PI控制器的积分方向.当误差较大时,PI输出饱和,系统响应速度最快;而当误差较小时,积分器及时退出饱和,系统响应速度以负指数规律衰减至零;最终系统稳定于目标转速.实验结果表明该策略不但具有优良的动态性能,而且保留了传统PI的鲁棒性能和稳态性能.     

感应电机直接转矩控制系统的“抗饱和”控制器设计

针对感应电机直接转矩控制系统转速控制环节存在的非线性饱和特性,提出了一种新型抗饱和(anti-windup)PI控制器,给出了控制系统的闭环稳定条件。该方法根据控制器输出是否饱和,有条件地将积分输出反馈到积分器的输入端,对积分状态进行控制。使控制器在出现饱和时,可以迅速退出饱和区,达到减小超调量、缩短调节时间的目的。系统仿真与实验结果表明,该方法可有效抑制积分饱和现象,综合性能优于常规的抗饱和控制方案。     

感应电机直接转矩控制系统的变结构anti-windup控制器

针对感应电机直接转矩控制系统转速控制环节的非线性饱和特性,提出了一种变结构an-ti-windup PI速度控制器来提高转速控制性能。该方法结合了条件积分法与反计算法的优点,根据PI控制器的输出是否饱和,对积分状态分别进行控制。当PI控制器在饱和非线性区运行时,将饱和限幅环节的输入与输出量的差值反馈到积分器的输入端,以减小积分状态的变化速率。使控制器在出现饱和时,能够适时快速地退出饱和区,达到减小转速响应的超调量,加快响应速度的目的。仿真和实验结果表明该控制器能有效抑制系统的积分windup现象,控制性能优于传统的anti-windup PI控制器。     

基于变比例-退饱和式PI调节器的-开关磁阻电机调速系统设计

开关磁阻电机调速系统的积分饱和现象导致了系统的控制性能较差,针对这一问题,提出了变比例-退饱和式PI调节器设计方法,并给出了调节器参数整定方法。此外,分别在恒速空载和变速带载情况下,利用MATLAB/Simulink软件验证了传统PI调节器、抗饱和式PI调节器和变比例-退饱和式PI调节器的控制性能。结果表明:变比例-退饱和式PI调节器具有更好的动态性能和抗扰性能。     

基于比例积分–降阶谐振调节器的并网逆变器不平衡控制

不平衡电网电压条件下并网逆变器的有效控制,对提高其并网运行能力具有重要意义。提出一种新型调节器,即比例积分–降阶谐振(proportion integral plus reduced orderresonant,PI-ROR)调节器,可以对交流信号进行无差控制,且易于数字化实现。不平衡电网电压条件下,该电流调节器可直接在正向同步旋转坐标中对输出电流进行无差控制,无需进行电流的正、负序分解。通过仿真和实验验证采用该调节器对不平衡电流控制的可行性,并对比该调节器与PI调节器的不平衡控制性能。仿真和实验结果表明,基于提出的PI-ROR调节器的不平衡控制方案可改善并网逆变器的动态性能,提高系统在电网电压不平衡条件下的运行能力。     

新型抗饱和PI控制器及其在异步电动机调速系统中的应用

提出了一种新型抗饱和PI控制器的设计方法,通过引入反向计算系数减小了积分饱和对系统的影响,给出了新型抗饱和PI控制器的系统框图,并且证明了该算法的稳定性、为了提高异步电动机调速系统的动态性能,把这种抗积分饱和的Pl控制器应用到了PWM逆变器供电的异步电动机矢量控制系统中.利用Matlab软件进行了仿真实验,仿真实验结果验证了这种算法的有效性,表明这种新型PI控制器可以有效地降低调速系统的超调量,缩短系统的稳定时间,同时还可以提高系统对负载扰动的鲁棒性.     

线性自抗扰控制技术在PWM整流器中的应用

传统脉宽调制(PWM)整流器电压外环控制多采用比例积分(PI)调节器,但负载发生突变或直流侧给定电压突变时,PI控制存在延时、易出现积分饱和,系统动态性能较差。研究了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)技术的控制策略并给出具体的设计方法。建立PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型,采用电压外环和电流内环的双闭环控制方案,电流环采用基于前馈解耦的PI控制,电压环采用LADRC,提高了系统的响应速度和控制精度,增强了系统的抗扰性能。仿真和实验结果验证了该控制方案的可行性和正确性。     

内置式永磁同步电机弱磁过渡时的解耦补偿控制

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet,IPM)在弱磁过渡时电流调节器瞬态饱和导致转速范围受限甚至失控的问题,提出了基于解耦电流控制和电压指令补偿的电流矢量控制算法,解除了电机高速运行时d-q轴电流交叉耦合的影响,使得控制规律趋于线性化,避免PI调节器输出不正常;当调节器饱和时,通过补偿电压指令使调节器迅速退出饱和状态,消除了转速调节失控现象。给出了判断电流调节器是否进入饱和的监视方法,实时决定是否有必要采取退饱和的措施,使得控制更具智能特点。在仿真结果的正确性基础上,通过台架测试进一步证实了所提出控制策略的有效性,提高了系统的稳定性并拓宽了电机的转速范围。     

无刷直流电机抗饱和变结构PI控制研究

无刷直流电机(BLDCM)电流滞环控制系统中转速调节器因存在电流限幅环节会产生积分饱和现象,从而导致了控制系统的超调量增大,动、稳态性能变差等一系列问题。为此,对BLDCM电流滞环控制系统的积分windup现象进行了分析,并将抗饱和变结构PI控制算法应用到BLDCM电流滞环控制系统的转速调节器中。为验证采用控制方法的有效性,在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建了控制系统仿真模型,仿真结果表明:相对于传统的PI控制算法,抗饱和变结构PI控制算法能够使系统的积分饱和现象得到抑制,速度响应的超调量更少,到达稳态时间更短,同时还提高了系统对负载扰动的鲁棒性。     

基于积分状态预测的Anti-Windup PID控制器设计

目前有多种方式用来抑制调速系统中调节器饱和引起的Windup现象。其中跟踪反计算控制策略,由于其采用线性反馈作用原理来减小调节器饱和时的积分累加值,因此对于这种策略的研究和应用较多。但由于在设计调节器参数时,没有考虑速度指令和负载的变化,固定的反计算参数一般难以在大范围内保证系统响应的一致性。为了在不同速度指令和负载转矩条件下,保证系统响应的一致性,本文提出了积分状态预测Anti-Windup策略来减小系统由于饱和现象而引起的性能下降,根据速度指令和负载转矩的变化,在调节器饱和时计算出积分器在系统稳态积分终值,并将其作为调节器进入线性段的积分初始值,当系统参数精确时使得系统呈现出最优的速度响应曲线。本文在相同的电流环和速度环调节器PI参数的条件下,进行了仿真实验,比较了上述AW策略与传统方法的速度响应性能。实验结果验证了理论分析及仿真波形的正确性。     

A design method of digital robust speed servo system considering output saturation

When a robust servo system having an integral element has a large error input, it often reveals windup phenomena caused by output saturation. It is very difficult for a strictly proper and high‐order controller to avoid having windup phenomena caused by output saturation. This paper newly proposes the digital robust speed servo system with a complete algorithm for consideration of output saturation. The proposed algorithm completely considers the output saturation of a robust speed controller connected to a PI current controller in series. Moreover, this method can be applied to both a PI speed controller and an H^∞ speed controller. The experimental results show that a robust speed servo system using the proposed algorithm has a good and stable response for a large step speed command. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(3): 68–78, 2000     

控制系统Anti-Windup设计综述

综述了Anti-Windup算法的发展过程,以及大致的分类情况和各种方法的应用特点。不同角度定义的Windup现象会产生不同类型的Anti-Windup算法结构,大致可将其分为：线性结构和非线性结构算法。线性结构算法又产生两种主要类型：传统的Anti-reset Windup和条件作用。线性结构Anti-Windup算法一般符合两步法设计原则,但由于其分步设计原则,忽略了线性控制器和非线性补偿环节是同时作用在系统闭环响应中,造成了系统综合困难,即补偿后的系统性能没有明确的数学表达。针对这一问题,众多学者在线性结构算法的基础上提出了不同的设计方案,理论上取得了许多成果,可以在补偿器设计的同时得到预期的动静态性能。但是,由于事先设计的算法过于复杂,制约其在应用领域的推广,因而应用最为广泛的还是传统的Anti-reset windup算法。如何简化事先设计算法推广其应用或改进传统的Anti-reset windup算法直接获取最优补偿效果将是今后该领域研究的主要方向。     

Investigation of superconducting linear synchronous motor propulsion control via an exact mathematical model

This paper describes the performance of the superconducting linear synchronous motor control system used for a transportation vehicle by using an exact dq0‐axis mathematical model. The paper first shows the detailed block diagram of the speed control system, which includes the blocks of propulsion force and speed emf computations. A detailed discussion is devoted to the design of the control system. A cascade control system with PI controllers is designed as a numerical demonstration. It is also pointed out that the cascade control structure is a natural form for the power feeding method with three inverters. Performance simulations are shown for severe track conditions such as tunnel and track gradients as well as in a normal case. It is demonstrated that integrator windup of the speed controller can occur in the case of a severe condition in which one of the inverters is disabled. We present a design with more robustly stable performance by designing an antiwindup controller. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(2): 45–52, 1999     

基于Anti-Windup控制器的永磁同步电机控制系统设计

永磁同步电机矢量控制系统中存在非线性饱和特性.分析了经典的PID控制器用于系统时所带来的积分Windup现象,并介绍了几种典型而适用的Anti-Windup控制器结构,基于变结构Anti-Windup控制器对系统进行了改进以抑制积分Windup现象,控制器采用条件积分法和反计算法相结合的控制策略,保证了系统出现饱和时,尽快地退出饱和区.仿真和实验结果表明,该控制器能有效抑制系统的积分Windup现象,系统超调量小、速度响应快,具有较好的鲁棒性和较高的稳态性能.     

三相并联型有源电力滤波器补偿电流性能分析与改进

三相有源电力滤波器通常用来补偿非线性负载所引起的谐波和无功电流。在有源电力滤波装置中，其补偿性能的好坏，很大程度上取决于控制器的设计。但由于非理想因素的影响，例如输出电流环路带宽有限、检测电路的延时、指令电流的产生等，都会影响补偿效果，而传统的PI控制由于带宽有限不能实现无静差输出。为了提高三相并联型有源电力滤波器的补偿性能，该文在同步旋转坐标系下提出了一种理想的电流控制策略即基于PI控制和重复控制并联结构的电流控制方法，利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。实验结果和理论分析充分证明了所提并联结构电流控制器的可行性。     

基于新型趋近律的永磁同步电机调速控制

为了改善基于PI控制的永磁同步电机（PMSM）调速系统转速超调大和抗扰动能力差的问题,研究一种自适应能力较强的新型指数趋近律。该趋近律在传统指数趋近律的基础上将等速项系数改进为时变量,能让系统更快地收敛到给定值,解决了传统指数趋近律系统收敛速度过慢的问题,并且采用可变边界层的饱和函数来替代传统开关函数从而削弱了滑模抖振现象。采用Lyapunov函数对新型指数趋近律的稳定性进行分析,并以此趋近律设计了速度环滑模控制器。采用MATLAB建模仿真,将其与PI控制结果比较,仿真结果表明基于新型指数趋近律的速度环滑模控制器能有效地提高PMSM调速系统的鲁棒性。     

大型风电机组的模糊增益调度PI控制器设计

当风速超出额定风速时,大型风电机组通常采用变桨距的控制方式,通过调整叶片桨距角,改变气流对叶片的攻角,从而改变风电机组获得的空气动力转矩,实现对额定功率的稳定追踪。结合模糊控制与PI（比例-积分）控制,分别设计了模糊PI与模糊增益调度PI 2种变桨距控制器,并在Simulink软件环境下,利用Fast软件提供的5 MW陆基风力发电机模型进行仿真实验。仿真表明,新的控制器能有效缩短调节时间,减小系统超调量,具有较好的控制效果。     

PI-神经网络混合速度控制器的研究

文章提出了一种新颖的PI-神经网络混合速度控制器的方案.在该方案中PI参数是不变的,控制器的学习由隐含层和输出层之间的权值自调整来实现,而且PI参数可在一个较大的范围内取值.仿真结果证明了该方案是可行有效的.